Содержание к диссертации
Введение
1 . Состояние вопроса, цель и задачи исследования 7
1.1 Современное состояние и перспективы применения буровых станков на открытых разработках 7
1.2 Обзор исследований надежности забойного оборудования (буровых станков) 18
1.3 Обоснование выбора объекта и постановка задач исследования 30
1.4 Характеристика условий эксплуатации шарошечных буровых станков СБШ-250МН на СП ГОК-а «Эрдэнэт» 37
Выводы 43
2. Методика исследования надежности шарошечных буровых станков 45
2.1 Критерии надежности и источники информации 45
2.2 Структурные элементы бурового станка 50
2.3 Объем наблюдений 53
2.4 Определение длительности наблюдений 57
Выводы 62
3. Показатели надежности шарошечных буровых станков СБШ-250МН 64
3.1 Исходные данные для оценки надежности 64
3.2 Определение показателей надежности 67
3.3 Определение распределений случайных величин, характеризующих надежность бурового станка 74
3.4 Вероятность безотказной работы станков и доверительные границы показателей надежности 93
Выводы 98
4. Повышение надежности бурового станка на сп «эрдэнэт» совершенствованием системы технического обслуживания и ремонта 100
4.1 Исследование и оценка технического состояния и ремонтных работ горного оборудования на СП «Эрдэнэт» 100
4.2 Методы оценки технического состояния горного оборудования и их применени' 123
4.3 Рекомендации по формированию системы внутренного сервиса ...134
4.4 Экономический эффект внедрения системы внутреннего сервиса на СП
«Эрдэнэт» 150
Выводы 152
Заключение 154
Литература
- Обзор исследований надежности забойного оборудования (буровых станков)
- Структурные элементы бурового станка
- Определение показателей надежности
- Методы оценки технического состояния горного оборудования и их применени'
Введение к работе
Актуальность работы. Горнодобывающая промышленность Монголии - одна из ведущих отраслей, определяющих экономическое развитие страны. В задачах, поставленных перед горной промышленностью страны, отражено требование по повышению экономической эффективности использования горного оборудования на основе внедрения в производство передовой техники и технологии. Исследования показывают, что действующая система технического обслуживания и ремонта (ТОиР) на горных предприятиях страны низко эффективна и имеет ряд недостатков: ремонтно-регулировочным работам подвергаются механизмы и узлы, находящиеся в удовлетворительном состоянии; развивающийся в период эксплуатации отказ обнаруживается и устраняется только в период проведения регламентированных работ; большие простои оборудования в регламентированных ремонтах; неизбежны аварийные отказы в промежутках между регламентированным обслуживанием. Естественно, что это приводит к большим эксплуатационным издержкам: снижению эксплуатационного ресурса машин и механизмов; увеличению трудовых и материальных затрат в результате несвоевременности проведения восстановительных работ и несоответствия их объема и содержания фактическому состоянию оборудования. Большое значение в нынешних условиях приобретает проблема обеспечения высокой технологичности горного оборудования при ремонтах, т.е. совокупности свойств, позволяющих добиться при ремонтах оптимальных затрат времени, труда и средств. Следует отметить, что исследования по установлению уровня ремонтной технологичности горного оборудования на горных предприятиях Монголии до настоящего времени проводились недостаточно, В связи с этим можем утверждать, что разработка методов и средств, рекомендаций, повышающих ремонтную технологичность основного оборудования в нашей стране, является актуальной научной задачей.
Цель работы. Цель настоящей работы заключается в повышении надежности совершенствованием системы технического сервиса буровых шарошечных станков, эксплуатируемых в условиях Монголии (СП «Эрдэнэт»).
Идея работы — повышение работоспособности и эффективности использования ресурсов буровых станков в процессе его обслуживания достигается соответствием требуемого технического состояния оборудования формируемой системой технического сервиса.
Методы исследования, использованные в работе: метод системного анализа и синтеза; математического моделирования с использованием ЭВМ; производственно-экспериментального исследования; методы анализа результатов наблюдений с использованием математического аппарата теории вероятностей и математической статистики.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Низкая надежность буровых станков, эксплуатируемых в условиях
Монголии, главным образом обусловлена несовершенством системы технического
обслуживания и ремонта горного оборудования;
Математическая модель динамики старения буровых станков в условиях СП «Эрдэнэт», в которой рассмотрено изменение параметра, наиболее полно отражающего динамику старения — параметра потока отказов co(t) в процессе эксплуатации;
Математическая модель надежности бурового станка при эксплуатации, в которой рассмотрен комплексный показатель, характеризующий надежность в целом — коэффициент технического использования Кт.н в зависимости от времени наработки на отказ и времени восстановления машины.
4. Зависимость времени эффективной работы бурового станка от
продолжительности планового восстановления;
5. Зависимость удельных затрат на обслуживание каждого дополнительного
часа производительной работы бурового станка от его производительной работы.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: достаточным объемом статистического материала о работе СП «Эрдэнэт», характеризующего условия и показатели функционирования горных предприятий Монголии; удовлетворительной сходимостью результатов в теоретических исследованиях с фактическими данными действующего предприятия (погрешность не более 15% при доверительной вероятности 0,90-0,95); корректным использованием методов математической статистики.
Новизна результатов исследования заключается в следующем:
-в установлении зависимости параметра потока отказов буровых шарошечных станков от срока эксплуатации;
-в разработке математической модели надежности бурового шарошечного станка во время эксплуатации;
-в разработке математической модели динамики старения шарошечных буровых станков;
-в установлении зависимости фактических затрат на обслуживание буровых станков от времени производительной работы;
-в установлении зависимости удельных затрат от времени производительной работы буровых станков, чем подтверждается актуальность увеличения срока их производительной работы.
Научное значение состоит в разработке математических моделей надежности и динамики старения буровых станков, позволивших установить зависимости времени эффективной работы станков от продолжительности планового их восстановления и параметра потока отказов от срока эксплуатации.
Практическое значение работы заключается в разработке:
-рекомендации по реализации организационных, технических и технологических решений по переходу к системе внутреннего технического сервиса;
-рекомендации по внедрению технологии вибродиагностирования технического состояния горного оборудования и организации данного процесса.
Реализация результатов работы заключается в том, что предлагаемая система внутреннего технического сервиса и комплекс рекомендаций приняты к использованию СП «Эрдэнэт». Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе Горного института Монголии при чтении курса лекций по дисциплине «Эксплуатация и ремонт горного оборудования».
Апробация работы. Основное содержание работы, отдельные ее положения были доложены и обсуждены: на техническом совете СП «Эрдэнэт», на Ученом совете Горного института МГУНиТ, в ИГД Монголии.
Публикации. По теме диссертации имеется 2 научных публикаций.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 86 наименований, содержат 28 рисунков, 27 таблиц.
Обзор исследований надежности забойного оборудования (буровых станков)
Развернувшееся за последние годы в зарубежных странах и в Монголии разностороннее теоретическое и экспериментальное исследование надежности различных систем и оборудования способствовало быстрому формированию и широкому внедрению теории надежности во все области современной техники.
Большой вклад в развитие надежности, как науки, внесли советские учёные и инженеры. Труды А.И.Берга, С.Н.Дунин-Барковского, А.Н.Колмогорова, А.В.Лебедева, А.А.Маркова, И.В.Маликова, И.А.Рябинина, Я.М.Сорина, И.А.Ушакова, А.Я.Хинчина, И.А.Шишенко, Я.Б.Шора и др. посвящены решению теоретических и практических вопросов надежности. Из трудов зарубежных ученых, занимающихся вопросами надежности, следует отменить работы И.Базовского, Р.Барлоу, Д.Деллинджера, Д.Ллойда, Ф.Прошан, Р.Смайли, Л.Фоголя, Р.Хевиленда и др.
Все возрастающее значение уровня надежности и долговечности выпускаемых изделий приводит к расширению исследований в этой области науки, что вызвало необходимость разработки единой терминологии в вопросах надежности. Так, в СССР после широкого обсуждения был введен в действие в 1968г. ГОСТ 13377-67 «Надежность в технике. Термины» [4]. На основании этого ГОСТа ГИПРОРУДМАШем разработаны и Министерством тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения введены в действие ГОСТы по терминологии, организации сбора, обработки информации и расчету количественных показателей надежности горных машин и оборудования [5, 6, 7], основные положения которых использованы нами в данной работе.
Большой вклад в исследование надежности горного оборудования внесли доктора наук А.И.Алыциц, А.Д.Гридин, А.В.Докунин, Ю.Д.Красников, А.В.Топчиев, В.И.Солод, Г.И.Солод, В.Н.Хорин, Г.С.Рахутин, В.Н.Гетопанов; кандидаты наук: И.Л.Шпильберг, П.В.Ссменча, Ю.Н.Алешин, Б.И.Грицаюк, М.Ф.Вакуленко, В.А.Ермоленко, И.К.Чатаев и др. В настоящее время проводятся обширные исследования надежности различных типов забойного оборудования Гипроуглемашем, ИГД им. А.А.Скочинского, ДонУГИ, ШахтНИУИ, МГГУ, Узловским, Горловским, Дружковским, Копеиским магшиностроительными заводами, а также другими научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими институтами, вузами и машиностроительными заводами. Докторами наук А.В.Топчиевым, В,И.Солодом, В.Н.Хориным были впервые проведены исследования по оценке влияния надежности шахтного забойного оборудования на выполняемые им функции. В работе [8] отмечено, что при определении производительности горных комбайнов необходимо учитывать их надежность, уменьшение которой снижает расчетную производительность комбайнов. В качестве количественного показателя надежности предложен коэффициент надежности, представляющий вероятность работоспособного состояния комбайна в любой произвольный момент, совпадающий по сути дели дела с коэффициентом готовности согласно ГОСТ 13377-67 [4]. Проводившие работы в области надежности забойного оборудования на кафедре горных машин и оборудований Московского горного университета позволили разработать методики расчёта теоретической, технической и эксплуатационной производительности горных комбайнов [9], в которых методологически обснованно учитывается влияние уровня надежности оборудования на их производительность.
Современная горная промышленность характеризуется высоким уровнем механизации производства. Большая часть ресурсов предприятия расходуется для обеспечения работоспособности оборудования. Предметом исследования российских ученых в области горного производства является поиск путей определения показателей фондоотдачи и методов стимулирования эффективного и надежного использования ресурсов. В работах В.Н.Ефимова, В.И.Морозова, В.И.Русихина, Г.И,Солода изложены основные концепции развития систем ТО и ремонта горного оборудования на основе решения комплекса технических и организационно-технологических задач ремонтного производства на горных предприятиях.
На основе анализа понятия «эксплуатация техники», принятого во многих отраслях промышленности, в том числе и в горной, была определена взаимосвязь основного производственного процесса с качеством эксплуатации оборудования, критерием оптимизации которой являются конечные результаты его использования. Процесс эксплуатации и ремонта оборудования осуществляется за счёт различного сочетания их элементов, а эффективное функционирование каждого из них одновременным развитием всех составляющих данных процессов, в том числе информации, увеличивая его полноту, степень достоверности и современности использования. Оплата труда ремонтного персонала, выделение необходимых ресурсов для ремонта производятся пропорционально выполненной полезной работе горного оборудования.
Структурные элементы бурового станка
Характер технологических операций, выполняемых шарошечными буровыми станками, позволяет рассматривать их работу как состоящую из двух несовмещенных во времени функций [83]: перемещение станков от скважины к скважине или на другой горизонт; бурения скважин. В связи с этим следует различать две группы элементов, работающих неодновременно. Исходя из функционального назначения, особенности конструкции, вида используемой энергии, а также решения задач анализа и синтеза надежности станков, нами рассматривались следующие структурные элементы: в первой группе—ходовое оборудование; во второй - вращательно-подающий механизм, электрооборудование, гидрооборудование, оборудования пылеподавления и очистки забоя и прочее оборудование . Поэтому, мы можем рассматривать надежность бурового станка как: надежнсть выполнения функции бурения скважин; надежнсть выполнения функций перемещения станка; надежнсть выполнения обеих функций - бурения скважин и перемещения станка. Надежность выполнения этих функций определяются надежностью работы соответствующих элементов станка. В выполнении функции бурения скважин участвуют все элементы станка кроме ходового оборудования, и показатели надежности следует определять по времени бурения. В выполнении функции перемещения станка участвуют только ходовое оборудование, показатели надежности которого следует определять по времени перемещения станка. Таким образом, показатели надежности станка при выполнении отдельных функций можно определять по следующим формулам, когда известны показатели надежности элементов: Ъ-ТН- (17) где T0j - наработка на отказ і- го структурного элемента; N - количество структурных элементов; ТВ=Т0 ± , (18) где TSi - среднее время восстановления І-го элемента; кг= г (19) 1 О +і В P(t) = f[P,{t) (20) где Р, - вероятность безотказной работы і-го структурного элемента; t — время наблюдения за выполнением функции элемента.
В выполнении полного цикла работы участвуют все элементы, при этом ходовое оборудование и остальные элементы станка работают последовательно.В этом случае наработка на отказ станка может быть определена по формуле: ro=Vjf-. (21) T" где ІС, - коэффициент относительной длительности выполнения функций. В свою очередь К -f , (22)
Для вращательно-подающего механизма, электрооборудования, гидрооборудования, оборудования пылеподавления и прочего оборудования К=±, (23) ,
Для ходового оборудования К,=Ч (24) , где ts - время бурения; tn — время перемещения; tM - время цикла равное сумме t„ и t6. Время восстановления N к т Т = Т0 -Ь , (25) »i т0і где Тв время восстановления І-го структурного элемента. Вероятность безотказной работы Р(Г) = Кв РМ + К„ РМ, (26) где Р6 —вероятность безотказного выполнения функции бурения; Ря - вероятность безотказного выполнения функции перемещении. Выражение для определения коэффициента готовности будет иметь вид: &г -g g— (27) где КГі - коэффициент готовности станка при выполнении функции бурения скважин; КГя - коэффициент готовности станка при его перемещении. При определении надежности структурных элементов шарошечного станка также использовались дополнительные критерии: коэффициент отказов оборудования, представляющий собой отношение количества отказов по элементам т, к общему количеству отказов бурового станка т: К0 шВ-, (28) т и коэффициент относительных простоев, характеризующий удельный вес простоев отдельного элемента выражающийся через отношение времени простоя элемента к общему времени простоя станка вследствие отказов Кош-Ко (29)
Определение показателей надежности
Для определения наработок на отказ и среднего времени восстановления шарошечных станков и их элементов, исходные данные по отказам и суммарному времени восстановления разбиты по элементам и приведены в табл. 3.3. Наибольшее время восстановления - 1234 мин зафиксировано по вращательно-подающему механизму. Наработка на отказ станков и их элементов определялись исходя из эффективного времени выполнения функций станков за период наблюдений.
Суммарное время эффективной работы станков за период наблюдений может быть подсчитано непосредственно из хронокарт или определено из выражения: t,= Кэ N tm, (38) где Кэ - коэффициент эффективного использования станка во времени; N - количество смен наблюдений; tCM - длительностьв рабочей смены, час; мин.
Суммарное эффективное время выполнения функции бурения станков СБШ-250МН составило 23818 мин. На основании данных табл. 3.1, 3.2 и 3.3 с использованием формул (21, 25, 27, 28, 29) определены среднестатистические величины показателей надежности: - наработки на отказ станков Т0 и их элементов Т0.; - среднее время восстановления станков Тв и их элементов ТВ1; коэффициент готовности станков Кг и выполняемых функций КГ1; коэффициенты отказов К0. и коэффициенты относительных простоев к0Пі элементов. Указанные показатели получены при выполнении станками функций бурения, перемещения и обеих функций последовательно.
Полученные показатели надежности шарошечных буровых станков и их элементов представлены в табл. 3.3, 3.4 и показаны на диаграмме (рис. 3.2). Из таблиц видно, что наработка на отказ Т0 станков СБШ-250МН на ГОК-е «Эрдэнэт» составляет 254 мин, а среднее время восстановления Тв - 57 мин. Коэффициент готовности Кг составляет 0.81 и это показывает на большую вероятность работоспособности станков типа СБШ-250МН в произвольный момент работы.
При выполнении станками функции бурения, нарабока на отказ - Тє, в минутах, составила 271 мин, в погонных метрах пробуренных скважин она составила 61.2 м. Среднее время восстановления ТВБ элементов, участвующих в выполнении функции бурения станков равна 58 мин. Коэффициент готовности КГБ при выполнении функции бурения - 0.82.
При выполнении станками функции перемещения, наработка на отказ - Т„, в минутах составила 151 мин и это меньше на 120 мин от наработки на отказ при выполнении функции бурения, а в метрах перемещения - 444 м. Коэфициент готовности при выполнении функции бурения КГБ выше коэффициента готовности функции перемещении КГп, который составляет 0.74, на 11%.
Ходовое оборудование, участвующее в выполнении функции перемещения станка, из всех структурных элементов обладает наименьшей наработкой на отказ (табл. 3.4). Из элементов станка, участвующих в выполнении функции бурения, наибольшую наработку на отказ имеет оборудование пылеподавления и очистки забоя (Г05 = 2381 мин; КО5=0,11) и гидрооборудования (Г04 =1701 мин; КО4=0,1б). Это можно объяснить следующим: более простой конструкцией оборудования пылеподавления и очистки забоя, и следовательно, большей вероятностью ее безотказной работы. Сравнительно высокая наработка на отказ у гидрооборудования. В то же время наименьшее среднее время восстановления гидрооборудования -ГВ4 = 27мин при #О4=0,16, указывает на достаточно хорошую его ремонтопригодность. Самое высокое время восстановления составляет 73 мин у электрооборудования. Это во многом связано с потерей времени на нахождение отказавшихся элементов, деталей.
Невысокую надежность в станках СБШ-250МН имеет вращательно-подающий механизм (наименьшая наработка на отказ Г0з=1323 мин и коэффициент отказов К07 = 0,2). Показатели надежности остальных элементов станка СБШ-250МН колеблются в незначительных пределах. У станков СБШ-250МН наработка на отказ и коэффициенты отказов элементов, участвующих в бурении, колеблются в диапазонах - Ттот 1323 мин до 2381 мин, при К01 0,20 - 0.11. Показатели надежности станков по выполняемым функциям и в целом показаны в табл. 3.4. Определенный интерес представляет распределение количества отказов элементов по интервалам длительности времени их ликвидации (рис. 3.3). Из диаграммы видно, что наибольший удельный вес составляют отказы станков со временем восстановления от 41 мин до 100 мин ( 38,6% ).
Методы оценки технического состояния горного оборудования и их применение'
Необходимость увеличения производительности горного оборудования с сохранением достаточного уровня безотказности и снижением себестоимости добычи полезного ископаемого требует совершенствование технической эксплуатации горного оборудования [59, 60, 61]. Ее эффективность определяется организацией системы технического обслуживания (ТО) и ремонта, производственно-технической базой, условиями и режимом эксплуатации, системой материально-технического обеспечения.
Основным фактором повышения эффективности технической эксплуатации оборудования является организация системы ТО, которая определяет рациональную стратегию поддержания и восстановления работоспособности горного оборудования.
Применяемая система ТО и ремонта горного оборудования на СП «Эрдэнэт» низко эффективна и имеет ряд недостатков: ремонтно-регулировочным работам подвергаются механизмы и узлы, находящиеся в удовлетворительном состоянии; развивающийся в период эксплуатации отказ обнаруживается и устраняется только во время проведения регламентированных ремонтов; большие простои в регламентированных ремонтах; неизбежны аварийные отказы в промежутках между регламентным обслуживанием. Естественно, что это приводит к большим эксплуатационным издержкам: снижению эксплуатационного ресурса машин и механизмов; увеличению трудовых и материальных затрат в результате несвоевременности проведения восстановительных работ и несоответствия их объема и содержания фактическому состоянию оборудования. Для поддержания горного оборудования в работоспособном состоянии и перехода к техническому обслуживанию и ремонту по фактическому состоянию большое значение имеет организация мониторинга технического состояния оборудования [62, 63]. Реализация программ мониторинга горного оборудования заключается в определении рационального баланса выполнения объемов планово-предупредительных ремонтов и профилактического обслуживания. Мониторинг эффективен, если обеспечивает постоянное предоставление информации о состоянии горного оборудования, равномерную и обоснованную нагрузку ремонтного персонала, исключение внезапных отказов, снижение эксплуатационных затрат.
Опыт реализации программы мониторинга технического состяния горного оборудования, свидетельствует, что первым этапом ее реализации должно быть формирование подразделения, предназначенного для выполнения функций, необходимых для обеспечения требуемого технического состяния горного оборудования [64]. В функцию этого подразделения должны входить: -планирование периодичности и объемов ремонтных воздействий, материальных и трудовых ресурсов; -проведение работ по анализу отказов; -контроль выполнения условий и требований при производстве ремонтных работ; -подготовка квалифицированных кадров. Основные задачи подразделения по обеспечению надежности горного оборудования заключается в следующем; -проведение мониторинга, в частности виброобследований оборудования; -обеспечении группы планирования ремонта своевременными сведениями о фактическом состоянии оборудования с целью исключения любых внеплановых остановок; -ведении архива оборудования, подготовке сведений о простоях, фактическом состоянии оборудований, проведенном ремонте, результатах функционально-стоимостного анализа и др.; -контроле за выполнением работ и отслеживание затрат, включая функционально-стоимостного анализа; -оценке тенденций изменений межремонтного интервала и ресурса оборудования для нужд возможной модернизации или замены; -ведения пастортов оборудований. Преимущества и результаты, полученные от внедрения системы планирования горного оборудования, обеспечивает значительное повышение надежности его эксплуатации и увеличение времени производительного испльзования, а также позволяют определить: -среднемесячные (среднегодовые) эксплуатационные затраты на ремонт; -затраты на техническое обслуживание, отнесенные к себестоимости продукции; -межремонтный интервал; -коэффициент использования оборудования; -процент некачественно отремонтированного оборудования по результатам послеремонтных обследований; -количество машин, своевременно выведенных из эксплуатации с подтвержденным при исследовании дефектом; -количество отремонтированных машин, досрочно выведенных из эксплуатации с подтвержденным при исследовании дефектом; -фактический годовой экономический эффект от проведения каждого профилактического обслуживания; -процентное соотношение оборудования в исправном, допустимом и аварийном состояниях; -общее количество и потребление инвентарных запасных частей. По данным зарубежных источников применение методов мониторинга технического состояния на горнодобывающих предприятиях дает годовой эффект, определяемый в 1.5-3.0% стоимости добытого за этот период полезного ископаемого, тогда как затраты на их внедрение составляют всего 12-14% получаемого эффекта [65]. 65% суммарного эффекта обусловлено предотвращением снижения производительности из-за простоев оборудования, а 35% из-за экономии затрат на ремонт. Предотвращение аварийных отказов или снижение количества времени на ликвидацию отказов возможно при своевременной оценке технического состояния деталей и узлов машин. Мониторинг технического состояния сложной по конструкции горной машины позволяет отслеживать состояние узлов и агрегатов и своевременно предупреждать возможные отказы.
